O zoneamento pode ser benéfico – e pode realmente nos ajudar a aprender mais rápido

Vagando sem rumo a uma cidade ou explorar o novo shopping pode parecer improdutivo, mas novas pesquisas do campus de pesquisa de Janelia, da HHMI, sugerem que isso poderia desempenhar um papel importante na maneira como nossos cérebros aprendem.

Ao registrar simultaneamente a atividade de dezenas de milhares de neurônios, uma equipe de cientistas dos laboratórios Pachitariu e Stringer descobriu que o aprendizado pode ocorrer mesmo quando não há tarefas ou objetivos específicos envolvidos.

Publicado em Naturezaa nova pesquisa descobre que, à medida que os animais exploram seu ambiente, os neurônios no córtex visual – a área do cérebro responsável pelo processamento de informações visuais – abordam recursos visuais para construir um modelo interno do mundo. Essas informações podem acelerar o aprendizado quando surgir uma tarefa mais concreta.

“Mesmo quando você está zoneando ou apenas andando por aí ou não acha que está fazendo algo especial ou duro, seu cérebro provavelmente ainda está trabalhando duro para ajudá -lo a memorizar onde está, organizando o mundo ao seu redor, para que, quando você não esteja mais zoneado – quando você realmente precisa fazer algo e prestar atenção – você está pronto para fazer o seu melhor”, diz Janelia Líder Marius, Marius.

Observando aprendizado não supervisionado

A equipe, liderada pelo PostDoc Lin Zhong, projetou experimentos em que os ratos corriam em corredores lineares de realidade virtual com várias texturas visuais, semelhantes a ambientes do mundo real. Algumas texturas foram ligadas a recompensas, enquanto outras não. Depois que os ratos aprenderam as regras de um experimento, Zhong fez ajustes sutis, alterando as texturas e a presença de recompensas.

Após semanas de execução desses experimentos, a equipe observou mudanças na atividade neural no córtex visual dos animais. No entanto, eles lutaram para explicar a plasticidade neural observada – as mudanças nas conexões entre os neurônios que permitem o aprendizado e a memória.

“Como pensávamos cada vez mais, acabamos com a questão de saber se a própria tarefa era necessária”, diz Pachitariu. “É inteiramente possível que grande parte da plasticidade aconteça basicamente com a exploração do meio ambiente pelo animal”.

Quando os pesquisadores testaram explicitamente esse conceito de aprendizado não supervisionado, descobriram que certas áreas do córtex visual codificavam características visuais mesmo sem que o animal fosse treinado em uma tarefa. Quando uma tarefa foi introduzida, outras áreas do córtex responderam.

Além disso, os pesquisadores descobriram que os ratos que exploram o corredor virtual por várias semanas aprenderam a associar texturas a recompensas muito mais rápidas do que os ratos treinados apenas na tarefa.

“Isso significa que você nem sempre precisa de um professor para ensinar: ainda pode aprender sobre seu ambiente inconscientemente, e esse tipo de aprendizado pode prepará -lo para o futuro”, diz Zhong. “Fiquei muito surpreso. Eu tenho feito experimentos comportamentais desde o meu doutorado, e nunca esperava que, sem treinar ratos para realizar uma tarefa, você encontrará a mesma neuroplasticidade”.

Entendendo como os cérebros aprendem

As novas descobertas revelam que áreas distintas no córtex visual são responsáveis ​​por diferentes tipos de aprendizado: aprendizado não supervisionado e não supervisionado baseado em exploração e aprendizado supervisionado orientado a objetivos. A nova pesquisa sugere que, quando os animais aprendem uma tarefa, o cérebro pode usar simultaneamente os dois algoritmos – um componente não supervisionado para extrair recursos e um componente supervisionado para atribuir significado a esses recursos.

Essas idéias podem melhorar nossa compreensão de como o aprendizado ocorre no cérebro. Embora pesquisas anteriores sobre o córtex visual se concentrassem principalmente no aprendizado supervisionado, o novo trabalho abre novos caminhos para exploração, incluindo como esses diferentes tipos de aprendizado interagem e como o modelo visual do ambiente é integrado a modelos espaciais de outras regiões do cérebro.

“É uma porta para estudar esses algoritmos de aprendizado sem supervisão no cérebro, e se essa é a maneira principal pela qual o cérebro aprende, em oposição a uma maneira mais instruída e direcionada a objetivos, então precisamos estudar essa parte também”, diz Pachitariu.

Os pesquisadores dizem que essas idéias foram ativadas pelas equipes de apoio de Janelia, o que ajudou os pesquisadores a projetar e administrar os experimentos e pelo mesoscópio, um instrumento que permitiu à equipe registrar até 90.000 neurônios simultaneamente, aumentando sua capacidade de fazer novas descobertas.

“Permitir que um único laboratório execute projetos nessa escala é o que é exclusivamente possível aqui e isso nos dá a flexibilidade de buscar perguntas diferentes sem necessariamente ter um plano concreto”, diz Pachitariu.